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CN108722432A - 一种高活性中低温scr催化剂及其制备方法 - Google Patents

一种高活性中低温scr催化剂及其制备方法 Download PDF

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CN108722432A CN201810598699.4A CN201810598699A CN108722432A CN 108722432 A CN108722432 A CN 108722432A CN 201810598699 A CN201810598699 A CN 201810598699A CN 108722432 A CN108722432 A CN 108722432A
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Abstract

本发明公开了一种新的高效中低温SCR脱硝催化剂的制备方法，所述催化剂以γ‑Al2O3为载体，以FeOx或CeOx以及MnOx为催化剂，所述催化剂的负载量在5％‑15％。其采用以下步骤制备：(1)将γ‑Al2O3粉末浸渍于金属硝酸盐溶液中，常温下持续搅拌2小时，完成浸渍；(2)将步骤(1)所得产品在100℃水浴条件下，持续搅拌，直至蒸干；(3)将蒸干产物在105‑115℃的条件下持续干燥11‑13小时，完成干燥；(4)将干燥产物在490‑510℃条件下继续煅烧4‑6小时。该催化剂活性高，在150‑250℃的温度下，可实现95％以上的脱硝效率。这一催化剂的制备方法通过调整锰铁铈的配比改变了金属氧化物的晶型和分布，提高了催化剂表面化学吸附氧含量，增强了内部晶格氧流动性，从而大幅提高了催化剂的活性。

Description

一种高活性中低温SCR催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，具体设计一种用于工业尾气通过氨催化还原脱除氮氧化物催化剂的制备方法。
背景技术
氮氧化物是电力、钢铁、有色金属、建材、石油化工等多个行业污染物排放的重要组成部分，其中占比例最大的是NO，通常在95％以上。NO对人体健康和自然环境均具有严重的危害。2017年9月，环保部发布了《燃煤电厂超低排放烟气治理工程技术规范》(征求意见稿)，明确要求在部分省市的核心控制区达到超低排放标准，即在6％的基准含氧量下，实现烟尘≤5mg/Nm3、SO2≤35mg/Nm3、氮氧化物≤50mg/Nm3。国家对于氮氧化物排放的要求标准越来越严厉。
尾气氮氧化物脱除技术可分为湿法和干法两大类：湿法脱硝主要包括氧化吸收法、还原吸收法、碱液吸收法等；干法主要是指各类催化脱除法、等离子体脱除法等。其中SCR技术是目前最成熟的脱硝技术，该技术使用氨作为还原剂，在催化剂作用下，将氮氧化物还原成水和氮气。目前应用最广泛的钒钨钛体系催化剂技术成熟，但是存在运行温度偏高 (300-400℃)的问题。
新型高活性脱硝催化剂主要提高催化剂中低温条件下(150-250℃)的催化性能。受到部分尾气排放的条件限制，催化剂的中低温性能越好，SCR反应器的运行费用越低。因此，开发高活性中低温脱硝催化剂迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是开发一种新的高效中低温SCR脱硝催化剂的制备方法，使其在中低温(150-250℃)下具有良好的催化活性，能够实现工业尾气中氮氧化物的有效脱除。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高活性中低温SCR催化剂，所述催化剂以γ-Al2O3为载体，以FeOx或CeOx以及MnOx为催化剂，所述催化剂的负载量在5％-15％。
一种高活性中低温SCR催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)浸渍：将γ-Al2O3粉末浸渍于金属硝酸盐溶液中，常温下持续搅拌2小时，完成浸渍；
(2)蒸干：将步骤(1)所得产品在100℃水浴条件下，持续搅拌，直至蒸干；
(3)干燥：将蒸干产物在105-115℃的条件下持续干燥11-13小时，完成干燥；
(4)煅烧：将干燥产物在490-510℃条件下继续煅烧4-6小时；
所述步骤(1)中的金属硝酸盐为硝酸锰，或硝酸铁和硝酸锰的混合物，或硝酸锰和硝酸铈的混合物，或硝酸铁、硝酸锰和硝酸铈的混合物。
所述步骤(1)中γ-Al2O3粉末的目数为150-250。
所述步骤(1)中的金属硝酸盐为硝酸铁、硝酸锰、硝酸铈中的一种或几种。
所述步骤(1)中金属硝酸盐溶液中的溶剂为蒸馏水或者去离子水。
为了后期更好地成型，所述步骤(3)中干燥产物应呈自由流动状态。
所述步骤(3)中的蒸干温度为110℃，干燥时间为12小时，所述步骤(4)中的煅烧温度为500℃，煅烧时间为5小时。
本发明的有益效果：本发明开发了一种新型高活性中低温SCR脱硝催化剂，使用这种催化剂进行SCR脱硝反应，在空速为6000-14000h-1，温度150-250℃，尾气中氮氧化物浓度100-400mg/m3条件下可实现95％以上的脱硝效率。这一催化剂的制备方法通过调整锰铁铈的配比改变了金属氧化物的晶型和分布，提高了催化剂表面化学吸附氧含量，增强了内部晶格氧流动性，从而大幅提高了催化剂的活性。同时催化剂以γ-Al2O3为载体，以硝酸铁、硝酸锰和硝酸铈为催化剂，原料价格低廉，生产成本低。
附图说明
图1为实施例1制备的高活性中低温SCR脱硝催化剂的SEM图。
图2为实施例2制备的高活性中低温SCR脱硝催化剂的SEM图。
图3为实施例3制备的高活性中低温SCR脱硝催化剂的SEM图。
图4为实施例4制备的高活性中低温SCR脱硝催化剂的SEM图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本实施例中高活性中低温SCR脱硝催化剂的制备方法，步骤如下：
(1)浸渍：取100g的200目γ-Al2O3粉末，28mL质量分数50％的硝酸锰溶液溶于300mL水中。将γ-Al2O3粉末浸渍于硝酸锰水溶液中，常温下持续搅拌2小时，完成浸渍。
(2)蒸干：将步骤(1)所得产品在100℃水浴条件下，持续搅拌，直至蒸干。
(3)干燥：将蒸干产物在110℃的条件下持续干燥12小时，完成干燥。
(4)煅烧：将干燥产物在500℃条件下继续煅烧5小时，制得催化剂编号为Cat-1，氧化锰负载量为9.5％。
实施例2
本实施例中高活性中低温SCR脱硝催化剂的制备方法，步骤如下：
(1)浸渍：取100克的200目γ-Al2O3粉末，28mL质量分数50％的硝酸锰溶液，4.04 克Fe(NO3)3·9H2O溶于300mL水中。将γ-Al2O3粉末浸渍于硝酸锰水溶液中，常温下持续搅拌2小时，完成浸渍。
(2)蒸干：将步骤(1)所得产品在100℃水浴条件下，持续搅拌，直至蒸干。
(3)干燥：将蒸干产物在110℃的条件下持续干燥12小时，完成干燥。
(4)煅烧：将干燥产物在500℃条件下继续煅烧5小时，制得催化剂编号为Cat-2，氧化锰和氧化铁负载量为10.7％。
实施例3
本实施例中高活性中低温SCR脱硝催化剂的制备方法，步骤如下：
(1)浸渍：取100克的200目γ-Al2O3粉末，28mL质量分数50％的硝酸锰溶液，8.68 克Ce(NO3)3·6H2O，溶于300mL水中。将γ-Al2O3粉末浸渍于硝酸锰水溶液中，常温下持续搅拌2小时，完成浸渍。
(2)蒸干：将步骤(1)所得产品在100℃水浴条件下，持续搅拌，直至蒸干。
(3)干燥：将蒸干产物在110℃的条件下持续干燥12小时，完成干燥。
(4)煅烧：将干燥产物在500℃条件下继续煅烧5小时，制得催化剂编号为Cat-3，氧化锰和氧化铈负载量为12.2％。
实施例4
本实施例中高活性中低温SCR脱硝催化剂的制备方法，步骤如下：
(1)浸渍：取100克的200目γ-Al2O3粉末，28mL质量分数50％的硝酸锰溶液，2.83 克Fe(NO3)3·9H2O，6.51克Ce(NO3)3·6H2O溶于300mL水中。将γ-Al2O3粉末浸渍于硝酸锰水溶液中，常温下持续搅拌2小时，完成浸渍。
(2)蒸干：将步骤(1)所得产品在100℃水浴条件下，持续搅拌，直至蒸干。
(3)干燥：将蒸干产物在110℃的条件下持续干燥12小时，完成干燥。
(4)煅烧：将干燥产物在500℃条件下继续煅烧5小时，制得催化剂编号为Cat-4，氧化锰、氧化铁和氧化铈负载量为12.4％。
实施例5
本实施例中高活性中低温SCR脱硝催化剂的制备方法，步骤如下：
(1)浸渍：取100g的150目γ-Al2O3粉末，18mL质量分数50％的硝酸锰溶液溶于300mL水中。将γ-Al2O3粉末浸渍于硝酸锰水溶液中，常温下持续搅拌2小时，完成浸渍。
(2)蒸干：将步骤(1)所得产品在100℃水浴条件下，持续搅拌，直至蒸干。
(3)干燥：将蒸干产物在105℃的条件下持续干燥11小时，完成干燥。
(4)煅烧：将干燥产物在490℃条件下继续煅烧4小时，制得催化剂，氧化锰负载量为5％。
实施例6
本实施例中高活性中低温SCR脱硝催化剂的制备方法，步骤如下：
(1)浸渍：取100g的250目γ-Al2O3粉末，28mL质量分数50％的硝酸锰溶液溶于300mL水中。将γ-Al2O3粉末浸渍于硝酸锰水溶液中，常温下持续搅拌2小时，完成浸渍。
(2)蒸干：将步骤(1)所得产品在100℃水浴条件下，持续搅拌，直至蒸干。
(3)干燥：将蒸干产物在115℃的条件下持续干燥13小时，完成干燥。
(4)煅烧：将干燥产物在510℃条件下继续煅烧6小时，得到催化剂，氧化锰负载量为9.8％。
在空速为6000-14000h-1，温度150-250℃条件下，进行SCR反应，其中尾气中NO浓度为400mg/m3。分别采用实施例1-4中制备的催化剂。评价实验的结果如表1所示。
表1 SCR脱硝实验评价结果
催化剂 反应温度℃ 空速h-1 反应后NO浓度mg/m3
Cat-1 175 6000 50
Cat-2 175 8000 30
Cat-3 150 12000 25
Cat-4 150 14000 20
从表1的结果可以看出，添加了Fe和Ce两种元素进行改性后的催化剂Cat-2，Cat-3和Cat-4，其催化性能比改性之前的的Cat-1有明显的提高，在同样的Mn负载量的条件下，在温度更低，空速更高的情况下，均实现了更高的氮氧化物脱除率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不收上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种高活性中低温SCR催化剂，其特征在于，所述催化剂以γ-Al2O3为载体，以FeOx或CeOx以及MnOx为催化剂，所述催化剂的负载量在5％-15％。
2.一种权利要求1所述的高活性中低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)浸渍：将γ-Al2O3粉末浸渍于金属硝酸盐溶液中，常温下持续搅拌2小时，完成浸渍；
(2)蒸干：将步骤(1)所得产品在100℃水浴条件下，持续搅拌，直至蒸干；
(3)干燥：将蒸干产物在105-115℃的条件下持续干燥11-13小时，完成干燥；
(4)煅烧：将干燥产物在490-510℃条件下继续煅烧4-6小时；
所述步骤(1)中的金属硝酸盐为硝酸锰，或硝酸铁和硝酸锰的混合物，或硝酸锰和硝酸铈的混合物，或硝酸铁、硝酸锰和硝酸铈的混合物。
3.根据权利要求2所述的高活性中低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中γ-Al2O3粉末的目数为150-250。
4.根据权利要求3所述的高活性中低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中金属硝酸盐溶液中的溶剂为蒸馏水或者去离子水。
5.根据权利要求4所述的高活性中低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中干燥产物应呈自由流动状态。
6.根据权利要求5所述的高活性中低温SCR催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的蒸干温度为110℃，干燥时间为12小时，所述步骤(4)中的煅烧温度为500℃，煅烧时间为5小时。
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